FERM -- Chapter 1: Introductie tot fermentatieprocessen Flashcards
Waar komt de term fermentatie vandaan
Het latijn “fervere” wat bubbelen betekent. Iets wat we waarnemen tijdens het fermentatieproces.
Biochemische betekenis van fermentatie
genereren van energie (ATP) door katabolisme van organische verbindingen onder anaerobe omstandigheden. (ahv principes van elektrondonoren en acceptoren)
-> keyword hier is ATP-generatie.
Dus maakt niet uit of het gewenste processen zijn of niet.
Industriele betekenis van fermentatie
Uitgebreid tot eender welk proces dat bruikbare producten produceert via een grote cultuur van microorganismen. Maakt niet uit of het aeroob of anaeroob is.
Deze beschrijven uiteraard on purpose en vaak onder zeer gecontroleerde condities (ivm profits of duurzaamheid)
Verschil tussen respiratie en fermentatie obv van begin en eindproduct.
Glucose is de elektrondonor in beide processen. Een organische verbinding.
Bij respiratie is de elektronacceptor O2. Een anorganische verbinding
Bij fermentatie is de elektronacceptor pyrodruivenzuur (pyruvic acid) of een derivaat hiervan afhankelijk van het organisme. Een organische verbinding dus.
Wat zijn de commercieel belangrijke fermentatieprocessen?
Processen die:
- microbiële biomassa produceren
- microbiële enzymen produceren
- microbiële metabolieten produceren
- recombinante producten produceren
Ook belangrijk: processen die een verbinding wijzigen die wordt toegevoegd aan de fermentatie (bioconversie)
Wat is het belang van fermentatieprocessen voor productie van microbiële biomassa (cellen)?
- gistproductie voor bakindustrie
- Single Cell Protein: voedingsindustrie
- microbiële cellen als hulp om bepaalde stoffen of producten te produceren (vb. starters in bierbrouwproces)
Wat is het belang van fermentatieprocessen voor productie van microbiële enzymen?
- commercieel in grote hoeveelheden te produceren uit planten, dieren en microbiële cellen
- biokatalysatoren
- voedings- en brouwindustrie, geneesmiddelenindustrie, …
Wat is het belang van fermentatieprocessen voor productie van microbiële metabolieten?
productie van bepaalde stoffen zoals penicilline, alcoholen, …
Schets de groeicurve van microorganismen en leg elke fase uit (batch culture = gesloten systeem).
Op t = 0 innoculatie
Lag fase: geen verandering in aantal cellen. Dit komt doordat de microben zich nog moeten aanpassen aan het medium. Het moet hier nog enzymen voor aanmaken.
Log fase (exp): als het aangepast is aan zijn medium zal het snel beginnen groeien en de cellen zijn het meest actief. de snelheid hangt af van het microorganisme. prokaryoten groeien sneller dan eukaryoten
stationaire fase: wanneer 1 der nutrienten opraakt. Of toxische afvalproducten geaccumuleerd worden. Cellen zullen afsterven maar er zullen er ook nog bijgemaakt worden.
afsterving: steeds minder nieuwe cellen worden aangemaakt en oude cellen blijven afsterven tot er geen meer over zijn
Waar hangt de lag fase vanaf?
- optimaal medium of niet. Tegenwerkende stoffen aanwezig?
- grootte
- toestand waarin men de cultuur aanbrengt:
- -> indien een cultuur in exponentiele fase op een zelfde medium wordt aangebracht is er geen lag fase
- -> indien een cultuur in stationaire fase wordt aangebracht op eenzelfde medium dan is er wel een lag fase. (omdat in deze fase de cellen minder actief zijn en dus eerst opnieuw geactiveerd worden)
Waar hangt de exponentiele fase vanaf?
- temperatuur
- samenstelling medium (bv. pH)
- ruimte
- prokaryoot > eukaryoot
- voor eukaryoten: kleine > grote
Hoe kan men de log fase vergroten/verlengen?
- toxische afvalproducten verwijderen
- meer medium (nutrienten) toevoegen
of combinatie van de 2.
= fed-batch culture
= continuous culture
beschrijf de primaire metabolieten
Het is een nevenproduct van de celgroei – volgen de groei van de cellen. Hebben dus een curve van dezelfde vorm als de cellen waar het afkomstig van is.
Essentieel voor groei in alle micro-organismen
beschrijf de secundaire metabolieten
geen verband met groei. Begint pas met gevormd worden als de cel waar het afkomstig van is al bijna in de stationaire fase zit. Ze gaan zich eerst hard vermenigvuldigen en dan pas beschermen tegen microben (in het geval van penicilline)
Geef enkele voorbeelden van primaire producten.
aminozuren, lipiden, nucleotiden, carbs
alcohol als bijproduct van anaerobe groei.
Geef enkele voorbeelden van secundaire producten
antibiotica
vooral geproduceerd door schimmels
Hoe bekomen we recombinante producten?
Recombinant DNA technology
Wat is Recombinant DNA Technology
Ook wel genetic engineering of genetische manipulatie. We gaan de cellen zo mamipuleren dat deze bepaalde stoffen kunnen aanmaken
Voorbeelden genetic engineering
GMO’s (micro-organismen, planten, dieren, mensen?)
productie humaan insuline
…
wat waren de eerste reactoren voor fermentatie?
Houten vaten (wordt nog altijd gedaan in bepaalde industrieën) bv. artisanaal omdat het een bepaald karakter geeft
Wat zijn de upstream processen?
- micro-organismen en alles om deze klaar te maken
- medium en alles om dit klaar te maken
- reactor(en)
Wat zijn de downstream processen?
- oogsten
- opzuiveren
- klaarmaken voor verder gebruik
- …
Welke soorten fermentatie zijn het belangrijkst?
- submerged (ondergedompeld)
- Solid-substrate
Wat is submerged fermentation en wat zijn de voordelen? Geef een voorbeeld
Alles wordt in een vloeibaar medium in de reactor gebracht. De gebruikte micro-organismen kunnen schimmels, gisten, bacteriën of algen zijn.
Het voordeel is dat men heel veel controle heeft over de processen. Men kan makkelijk roeren, lucht of gas toevoegen, chemische en fysische parameters aanpassen (pH en T), steriel of niet-steriel werken, …
Het kan gebruikt worden om alle eerder geziene producten te vormen (biomassa/cellen, enzymen, …)
vb. alcoholproductie (bier)
Wat is solid-substraat fermentatie?
Vooral gebruikt in aziatische cultuur om tal van gefermenteerde voedingsproducten te produceren
bv. tofu, kazen
ook gebruikt voor citroenzuursynthese
Men laat micro-organismen groeien op vaste organische producten in vochtige omgeving.
Deze kunnen niet zo gecontroleerd worden als de ondergedompelde. Maar bepaalde micro-organismen kunnen niet of nauwelijks reproduceren in vloeibaar medium. (vaak schimmels)
Leg uit: citroenzuurproductie bij Citrique Tienen
solid-substrate fermentatieproces gebruikmakende van de schimmel “aspergillus niger”
Men start met melasse als medium: afvalproduct uit suikerproductie (Tienen)
Hierop doet men de sporen van de aspergillus niger.
Dit zal beginnen groeien op de melasse bodem
Via filtratie wordt de biomassa verwijderd
Alles tot hier is de fermentatiestap.
We hebben nu een filtraat dat citroenzuur bevat en onzuiverheden.
In het dowstream gedeelte:
opzuiveren m.b.v. Ca(OH)2, hierna hebben we een neerslag van calciumcitraat en nog enkele onzuiverheden in de oplossing. De oplosbare onzuiverheden worden dan weggehaald door de vloeistof weg te halen.
Men voegt dan H2SO4 toe en we bekomen citroenzuur in de oplossing.
Dit kan dan geconcentreerd worden of gekristalliseerd.
Afhankelijk van de doeleinden.
Wat zijn toepassingen van citroenzuur?
- smaakgever aan bv frisdranken, fruitsappen, snoep, …
- antioxidant
- stabiliseren pH in bv gelei
- bindmiddel in houdcomposieten
Wat zijn bijproducten in het maken van citroenzuur?
- Citrocol: vloeistof die men na concentratiestap overhoudt kan gebruikt worden als bindmiddel voor (dieren)voeding en geeft ook smaak
- mycelium: Citrocell – raak aan proteinen en kan dus als (dieren)voeding gebruikt worden.
- kalk: Citrogips – vuller in cement (bouwindustie)
